JP2010091372A

JP2010091372A - 車輪・車軸重量測定システム

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Publication number: JP2010091372A
Application number: JP2008260754A
Authority: JP
Inventors: Toru Takahashi; 孝橋　　徹; Yasumasa Sato; 恭将佐藤
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-07
Also published as: JP5191856B2

Abstract

【課題】車両の速度がどのような速度であっても、高精度に車輪や車軸の重量を測定する。
【解決手段】計量器４は、車両の進行方向にそれのタイヤ９の接地面の長さよりも長い寸法の計量台６を有し、タイヤ９の接地面が道路面２と非接触状態において車両の車輪または車軸重量を測定する。なくとも１台の第２の計量器１６が車両の進行方向にタイヤ９の接地面の長さよりも短い寸法の計量台２４を有し、タイヤ９の接地面が道路面２と接触状態において車両の車輪または車軸重量を測定する。演算回路１４は、車両の速度が予め定めた第１の速度よりも速いとき、少なくとも第２の計量器１６の重量測定値によって車輪または車軸重量を算出し、車両の速度が第１の速度よりも遅いとき、第１の計量器４の測定値によって車輪または車軸重量を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の車輪重量や車軸重量を測定する車輪・車軸重量測定システムに関する。

従来、車輪の重量測定システムには、荷重センサを設けた計量台を道路面に埋め込み、計量台上にタイヤが載るタイミングで車輪重量を測定している。具体的には、特許文献１や２に開示されたものがある。特許文献１の技術は、計量台の長さを車輪進行方向についてタイヤの接地面長さよりも充分に長く設定し、計量台を複数個のロードセルで支持し、道路面にタイヤが接触していない状態で車輪の重量を測定するものである。特許文献２の技術は、タイヤの進行方向における計量台の長さタイヤの接地面長さよりも短く設定し、タイヤ接地面が常に道路面に接触しながら車輪の重量を測定するものである。

特公昭５３−２３０９９号公報特開昭６３−２８６７２４号公報

特許文献１の技術によれば、計量台の長さをタイヤの接地面長さよりも長く、そのため、複数個のロードセルで計量台を支持しなければならないので、１つの計量台に対して多くのロードセルを使用しなければならない。そのため、製品コストが高く、道路面に１台だけ設置することが多い。そのため、低周期ノイズを除去できない。即ち、通常、走行車両の車輪重量信号には道路面の凹凸やサスペンションのバネに起因する長い周期のノイズ信号が重畳されている。車両の速度が少し大きい場合には、重量測定データの取得期間がノイズ信号の１周期未満となることがあり、この場合、荷重信号をサンプリングした重量測定値として取得する区間において平均しても、効果的にノイズを除去することができない。

特許文献２の技術によって重量測定値を得るには、車両の速度を検出する必要があり、計量記事を車両が通過する際に速度が変化すると、測定精度が大きく低下する。車輪の重量測定システムは、料金徴収ゲート近くに設けられることが多く、車両が減速中であったり、渋滞することがある。このように車両が計量台上で停止したり、速度が計量台付近で大きく変化すると、計量台上での通過速度が正しく得られず、多くの車両に対して重量測定値を正確に求めることができない。

また、特許文献２の技術では、計量時にタイヤの接地面が道路面にも接触しており、荷重が計量台の他に道路面にも分割されるので、計量台近傍の道路面の高低の影響を受けやすく、測定精度が低い。

本発明は、計量台上を通過する車両の速度が零から任意の大きさの範囲に対して常に一定以上の精度を持つ車輪・車軸重量測定システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様の車輪・車軸重量測定システムは、第１の計量器と少なくとも１台の第２の計量器とを具備している。第１の計量器は、車両の進行方向に、前記車両のタイヤの接地面の長さよりも長い寸法の第１の計量台を有している。更に、第１の計量器は、前記タイヤの接地面が道路面と非接触状態において前記車両の車輪または車軸重量を測定する。第２の計量器は、前記車両の進行方向に、前記タイヤの接地面の長さよりも短い寸法の第２の計量台を有している。第２の計量器は、前記タイヤの接地面が前記道路面と接触状態において前記車両の車輪または車軸重量を測定する。前記第１及び第２の計量台は、前記車両の進行方向に沿って配列されている。前記車両の速度が予め定めた第１の速度よりも速いとき、少なくとも第２の計量器の重量測定値によって前記車輪または車軸重量を算出し、前記車両の速度が第１の速度よりも小さいとき、第１の計量器の測定値によって車輪または車軸重量を測定するように、第１及び第２の計量器の重量測定値を処理する処理手段が設けられている。

このように構成された車輪・車軸重量測定システムでは、第１の計量器は、車両のタイヤの接地面の長さよりも長い寸法の第１の計量台を有しているので、車両が停止状態や低速状態で高精度で重量測定が可能であるが、第１の計量器が１台のみでは車両が高速走行時には車両自身が持つ振動ノイズやランダムノイズの影響を充分に減衰させることができず、高精度に重量測定できない。これらノイズを減衰させるには、第１の計量器を複数台設置し、第１の計量器での重量測定値を演算処理することが考えられるが、第１の計量器は、車両のタイヤの接地面の長さよりも長い寸法の第１の計量台を有している関係上、複数のロードセルのような荷重検出手段を設置しなければならず、高コストとなる。この欠点を補うために、少なくとも１台の第２の計量器を設置している。第２の計量器は、タイヤの接地面の長さよりも短い寸法の第２の計量台を有しているので、荷重検出手段の数が少なくてすみ、低コストである。但し、車両速度が一定でない場合には、高精度に重量を測定することができない。そこで、処理手段において、車両の速度が第１の速度よりも速いときには、第２の計量器の重量測定値を使用して、車輪や車軸の重量を測定し、第１の速度よりも車両の速度が遅いときには、第１の計量器の重量測定値を使用して、車輪や車軸の重量を測定している。これによって、車両の速度が零から任意の大きさの範囲に対して常に一定以上の精度で、車輪や車軸の重量を測定できる。

前記車両の速度が第１の速度よりも遅く、前記車両が第１の計量器上を予め定めた時間よりも短い時間で通過したとき、前記処理手段は、第１の計量器の測定値を動的重量測定モードで処理し、前記車両の速度が第１の速度よりも遅く、前記車両が第１の計量器上を通過する前に前記予め定めた時間が経過したとき、前記処理手段は、第１の計量器の測定値を静的重量測定モードで処理することができる。動的重量測定モードは、例えば、タイヤが道路面に非接触状態で第１の計量台上に乗った位置から、第１の計量台上をタイヤが進行し、これよりも進行すると道路面ともタイヤが接触する第１の計量台上の位置までタイヤが進行する間に得られた第１の計量器の測定値を処理、例えば平均して、車輪や車軸の重量を測定するものである。静的重量測定モードは、例えば、第１の重量値測定手段の測定値に低周波ノイズが重畳されていても、処理、例えば平均化することによって、この低周波ノイズを充分に減衰させることができる時間、例えば上記予め定めた時間にわたって得られた第１の計量器の測定値を、上述したように処理、例えば平均化するものである。

このように第１の計量器において動的重量測定モードと静的重量測定モードとを、車両の速度に応じて切り換えて使用するので、高精度に車輪または車軸の重量を測定することができる。

前記処理手段は、前記車両の速度が予め定めた第１の速度よりも速いとき、第１及び第２の重量値測定手段の重量測定値によって前記車輪または車軸重量を算出することもできる。

第２の計量器の測定値は、タイヤが道路面に接触している状態での測定値であるので、第２の計量器の測定値のみを利用するよりも、タイヤが道路面に非接触の状態での測定値である第１の計量器の測定値も使用した方が、高精度に車輪または車軸の重量を測定することができる。また、車両のタイヤは、第１及び第２の計量器の計量台上を通過しており、その際にランダムノイズが第１及び第２の計量器の測定値に重畳されるが、これら測定値を処理手段で例えば平均化するように処理することによって、ランダムノイズを軽減することができる。

更に、前記第２の計量器は、複数台が前記車両の進行方向に配置されているものとすることができる。この場合、前記各第２の計量器に対する前記車両の速度の検出手段が設けられている。また、前記第２の重量値測定手段は、前記車両の速度を基に前記測定値を出力する。前記車両の速度の検出手段によって検出された前記各第２の計量器に対する車両の速度の変化率が予め定めた許容範囲外である第２の計量器の第２の重量値測定手段の測定値を除外して、前記処理手段が前記車輪または車軸重量を算出する。

第２の計量器の第２の重量値測定手段は、車両の速度を使用して測定値を出力している。従って、各第２の計量器に対する車両の速度が変化している場合、高精度な測定値を得ることができない。そこで、車両の速度の変化率が許容範囲外であるものを除去して、測定値を得て、高精度に車輪や車軸の重量を測定できるようにしている。

以上のように、本発明によれば、車両の速度がどのような速度であっても、高精度に車輪や車軸の重量を測定することができる。

本発明の1実施形態の車輪・車軸重量測定システムでは、図１に示すように、道路面２上を図示していない車両が矢印方向に走行することを前提とする。この道路面２に、第１の計量器４が設置されている。この計量器４は、図２（ａ）に示すように計量台６を有し、この計量台６の下面の車両の乗り込み側を複数台、例えば２台の第１の重量値測定手段、例えばロードセル８ａが支持し、計量台６の下面の車両の降り口側を、例えば２台の第１の重量値測定手段、例えばロードセル８ｂが支持している。この計量台６は、車両の同一の軸に取り付けられている２つの車輪の重量をそれぞれ個別に測定するために、道路面２の幅方向に２台設けられている。なお、第１の計量器４によって車両の１軸に取り付けられている２つの車輪の重量を同時に測定する場合には、道路面２の幅方向の２つの車輪が同時に載る幅寸法を持つ１台の計量台６を使用する。これら計量台６は、図２（ａ）に示すように車両のタイヤ９の道路面２へ接地面における車両進行方向の長さＬ’よりも大きな長さ寸法Ｌを車両の進行方向に有している。

ロードセル８ａ、８ｂの出力信号は、増幅器１０によって増幅され、Ａ／Ｄ変換部１２によってデジタル変換され、処理手段、例えば演算回路１４に供給される。演算回路１４は、例えばＣＰＵ、メモリ、入出力回路等から構成されている。

第１の計量器４から車両の進行方向に離れた道路面２には、複数、例えば２台の第２の計量器１６、１８が間隔をおいて設けられている。第２の計量器１６、１８は、同一構造のものであり、第２の計量器１６についてのみ説明する。第２の計量器１６は、図３（ａ）乃至（ｃ）に示すように、車両の進行方向の長さがＬ２以下で、道路面２の幅方向の長さがＬ２’の起歪体２０からなる第２の重量値測定手段、例えばロードセル２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを道路面２の幅方向に４台並べ、これらロードセル２２ａ乃至２２ｄ上に、車両の進行方向に沿う長さがＬ２の計量台２４を配置したものである。Ｌ２は、タイヤ９の接地面の車両進行方向の長さＬ’よりも短く設定されている。そのため、タイヤ９の接地面が計量台２４上に乗り込んだ状態であっても、タイヤ９の全荷重は、或る比率で道路面２と計量台２４とに分割して負荷される。

なお、第１の計量器４と第２の計量器１６とに跨ってタイヤ９が存在しないように、両者の間隔は設定されているし、第２の計量器１６、１８間に跨ってタイヤ９が存在しないように、両者の間隔が設定されている。

車両の１つの軸に設けられている２つの車輪の重量を個別に測定する場合には、１つの車輪用にロードセル２２ａ、２２ｂの出力を合成し、他の１つの車輪用にロードセル２２ｃ、２２ｄの出力を合成する。これらロードセル２２ａ乃至２２ｄの出力信号は、増幅器１０によって増幅され、Ａ／Ｄ変換部１２によってデジタル変換され、演算回路１４に供給される。

演算回路１４において行う第１の計量器４の出力信号の処理について図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図２の荷重信号は、タイヤ中心位置の移動に対応するロードセル８ａ、８ｂの出力信号とする。なお、以下の説明は、１つの車輪の重量を測定する場合であるが、以下の説明を基に、１つの軸に設けられている２つの車輪の重量（軸重）を測定することは、当業者には自明である。第１の計量器４では、動的重量測定モードと、静的重量測定モードとの２つのモードで測定可能である。

これら両モードで測定するために、計量台６上にタイヤ９が完全に乗り込み、タイヤ９の接地面と道路面２との接触が無くなった直後の位置ｐ１と、計量台６上に乗り込んだタイヤ９が計量台６上を前進して、これよりも進行すると道路面２と接触する位置ｐ２とを、ロードセル８ａ、８ｂの出力信号上で定める。位置ｐ１、ｐ２間の距離をＬ１１とすると、タイヤ９が計量台６上のＬ１１区間に滞在する時間が長く継続でき、次に計量台６に進んでくるタイヤの接地面が計量台６に触れる前に、Ｌ１１からタイヤ９が離れるように計量台６の長さＬ１と、位置ｐ１、ｐ２が設定されている。

位置ｐ１、ｐ２はロードセル８ａ、８ｂの出力信号の比率と予め定めた一定値との間に定めた条件が成立する位置として定義されている。すなわち、ロードセル８ａの出力信号をｗ１、ロードセル８ｂの出力信号をｗ２とし、これらは時間間隔Ｔで同じタイミングでサンプリングされ、サンプリング重量測定値としてｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）を得るものとすると、比率Ｒｗはｗ１（ｋ）／ｗ２（ｋ）によって求められる。そして、位置ｐ１にあるときのｗ１（ｋ）をｗ１１（ｋ）、同ｗ２（ｋ）をｗ２１（ｋ）として、予め定めた値をｗ１１（ｋ）／ｗ２１（ｋ）＝ｆ１として定め、比率Ｒｗがｆ１より大きくなり、次にｆ１より減少したとき、位置ｐ１に到達したと決定する。

同様に、位置ｐ２におけるｗ１（ｋ）をｗ１２（ｋ）、ｗ２（ｋ）をｗ２２（ｋ）とし、ｗ２２（ｋ）／ｗ１２（ｋ）＝ｆ２として定め、位置ｐ１が決定された後、Ｒｗがｆ２より大きくなった時点を位置ｐ２と到達した時点とする。

このようにｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）の比率によって位置ｐ１、ｐ２を定義すれば、これらの位置は、車輪重量の大きさに影響を受けない。

位置ｐ１乃至ｐ２間におけるｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）を求めることによって、タイヤ９のサンプリング重量値ｗｉは、
ｗｉ＝ｗ１（ｋ）＋ｗ２（ｋ）
によって求められ、位置ｐ１乃至ｐ２間のサンプリング重量値の個数をＮとすると、タイヤ９の重量測定値Ｗ１ｄは
Ｗ１ｄ＝Σｗｉ／Ｎ
によって求められる。このようにしてＷ１ｄを求めることを動的重力測定モードという。

また、上記の動的重量測定モードは、車両が円滑に計量台６上を通過することを前提としている。しかし、タイヤ９が計量台６上にある状態で車両が停止したり、極めて低速でタイヤ９が計量台６上を通過するように車両が走行することがある。こまた、サンプリング時間間隔Ｔは、ｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）に重畳されたノイズを減衰させたり、Ｒｗを感度よく正確に測定するために、数ｍ秒の短い時間間隔で設定することが多い。そのため、上述したような場合、ΣＷｉは極めて大きい値になる。そこで、位置ｐ１が検出された時点から計時するために、カウンタ動作を開始させ、サンプリング時間間隔ＴごとにインクリメントするタイマＴ１を設け、このタイマのカウント値Ｔｓが予め定めたＮｍ以上になったとき、ｗｉの累算を注し、重量測定値Ｗ１ｓとして、
Ｗ１ｓ＝ΣＷｉ／Ｎｍ
によって求める。このようにしてＷ１ｓを求めることを静的重量測定モードという。

なお、Ｎｍは、ｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）に低周波ノイズ信号が重畳されていても、上述したように平均化することによって充分に減衰させることができる値に設定してある。

上記の説明から明らかなように、第１の計量器４での重量測定モードは、車両の走行速度状態に応じて、自動的に切り換えられる。

演算回路１４において行う第２の計量器１６、１８の出力信号の処理について説明する。以下の説明は、１つの車輪の重量を測定する場合であるが、以下の説明を基に１つの軸に設けられている２つの車輪の重量（軸重）を測定することは、当業者には自明である。図４（ａ）は、タイヤ９の接地面を表しており、タイヤ９の接地幅をＡｉ、タイヤ９がサンプリング時間間隔Ｔごとに移動する距離をＤｉ、タイヤ９の単位面積当たりの荷重をＰ、接地面積をＳとすると、タイヤ９の接地面の全荷重Ｗは、
Ｗ＝Ｐ＊Ｓ＝Ｐ＊Σ（Ａｉ＊Ｄｉ）
である。サンプリング時間間隔Ｔごとにタイヤ９が移動する距離Ｄｉは、車速がＶであるとすると、図４（ａ）において
Ｄｉ＝Ｖ＊Ｔ
である。タイヤ９の接地長さＬ’は、第２の計量器１６、１８の計量台の長さＬ２よりも長いので、上述したように、タイヤ接地面全体の荷重はＬ２部と道路面２とに分割負荷され、タイヤ９の接地面全体の荷重Ｗに対して、第２の計量器１６、１８の計量台の長さＬ２の部分が荷重を受けるとすると、第２の計量器１６、１８がタイヤ９から受ける荷重の測定値、すなわち第２の計量器１６、１８の出力信号をサンプリングした重量測定値Ｗｉは、図４（ｂ）より、
Ｗｉ＝Ｐ＊Ａｉ＊Ｌ２
で表される。これを変形すると、
Ｐ＊Ａｉ＝Ｗｉ／Ｌ２
となり、上記タイヤ接地面の全荷重Ｗの式、移動距離Ｄｉの式、Ｐ＊Ａｉの式から、タイヤ９の重量であるタイヤ接地面の全荷重Ｗは、
Ｗ＝Ｐ＊Ｓ＝Ｐ＊Σ（Ａｉ＊Ｄｉ）＝Σ（Ｐ＊Ａｉ＊Ｄｉ）＝Σ（Ｐ＊Ａｉ＊Ｖ＊Ｔ）
＝Σ［（Ｗｉ＊Ｖ＊Ｔ）／Ｌ２］＝（Ｖ＊Ｔ／Ｌ２）ΣＷｉ
の式で、求められる。第２の計量器１６、１８の出力信号をｗ３とし、この出力信号を時間間隔Ｔごとにサンプリングした重量測定値をｗ３（ｋ）とすると、
Ｗ２ｄ＝（Ｖ＊Ｔ／Ｌ２）Σｗ３（ｋ）
と表される。この測定は、車両が一定の速度Ｖで進行しているときのみタイヤ９の重量を正確に測定可能であり、このようにしてＷ２ｄを求めることを第２の計量器における動的重量測定モードという。

上記のようにして、Ｗ２ｄを演算するには、ΣＷ３（ｋ）の開始タイミング（図２（ｂ）に示す位置ｐ３、ｐ４）を決定する必要がある。ｐ３、ｐ４は、第２の計量器１６、１８の出力信号ｗ３（ｋ）に対して荷重負荷の方向に予め境界重量Ｗｆを定め、位置ｐ２を決定後に、ｗ３（ｋ）がｗｆを超えた時点をｐ３とし、位置ｐ３を決定後であって、ｗ３（ｋ）が零点に戻った後、初めてｗ３（ｋ）がｗｆを超えた時点をｐ４とする。

第２の計量器１６、１８上にタイヤ９が存在する状態で車両が停止したり、極めて低速でタイヤが計量台上を通過するように車両が進行すると、Σｗ３（ｋ）の値が膨大になる。そこで、タイマカウンタＴ４、Ｔ５を設け、ｐ３点またはｐ４点を検出したときからサンプリング時間間隔ＴごとにＴ４、Ｔ５にカウントさせ、カウント値が予め定めた値Ｎｍ１、Ｎｍ２を超えると、重量測定値の加算を停止させ、第２の計量器１６、１８での動的重量測定を停止させる。

第２の計量器１６、１８での動的重量測定には、第２の計量器１６、１８を通過する車両の速度が必要である。また、後述するように、第１の計量器４での測定と第２の計量器１６、１８での測定とを切り換えるために、第２の計量器４を車両が通過する速度を使用する。そのために、演算回路１４では、これらの速度測定が行われている。

まず、第１の計量器４上を通過する速度Ｖ１の検出について述べる。第１の計量器４において、ロードセル８ａ、８ｂが計量台６を支持している点を、図２（ａ）に示すようにｑａ、ｑｂ点とし、点ｑａ、ｑｂ間の距離をＡとすると、ロードセル８ａの出力信号上の位置ｐ１に対応する位置ｑ１とｑａ点との距離Ａ１は、点ｑａ、ｑｂでのロードセル８ａ、８ｂの出力信号がピークであり、かつ等しいと近似した上で、上述したｆ１を利用することによって、近似的に
Ａ１≒（１／ｆ１）＊Ａ
によって求められる。同様にしてロードセル８ｂの出力信号上の位置ｐ２に対応する位置ｑ２とｑｂ点との距離もｆ２とＡとによって近似的に求められる。従って、ロードセル８ａ、８ｂ間の距離Ａと、ｆ１、ｆ２を演算回路１４に設定することによって、図２（ｂ）に示すＬ１１（位置ｐ１、ｐ２の距離）を自動的に算出する。そして、位置ｐ１からタイマカウンタＴ１でのカウントを開始し、位置ｐ２でカウントを停止して、カウント値Ｃ１が得られると、車速Ｖ１は、
Ｖ１＝Ｌ１１／Ｃ１
によって算出される。

第２の計量器１６上を通過する速度Ｖ３の検出について述べる。速度Ｖ３として、第１の計量器４の計量台６の中央ｑ０から第２の計量器１６の入力端ｑ３までを車両が通過する速度を使用する。第２の計量器１６の計量台上にタイヤ９が載る直前に速度が急速に変化する可能性は少ないからである。ｑ０点にタイヤ９が到達したとき、ロードセル８ａ、８ｂの出力信号ｗ１（ｋ）とｗ２（ｋ）とは等しくなる。そこで、ｗ１（ｋ）≦ｗ２（ｋ）が始めて成立した時点をｑ０点とする。また、第２の計量器１６の入力端ｑ３にタイヤ９が到達した時点は、位置ｐ３とほぼ一致する。そこで、位置ｐ０からタイマカウンタＴ３でカウントを開始し、上述した位置ｐ３に到達したときのカウント値Ｃ３と、予め設定しておいたｑ０、ｑ３間の距離Ｌ３１とを用いて、Ｖ３を
Ｖ３＝Ｌ３１／（Ｃ３＊Ｔ）
として検出する。Ｔは上述したサンプリング時間間隔である。

第２の計量器１６上を通過する速度Ｖ４の検出について述べる。タイマカウンタＴ３において、位置Ｐ４が検出されるまでカウントを継続する。そして、予め設定しておいたｑ３、ｑ４間の距離Ｌ４１とし、位置Ｐ４でのカウント値をＣ４とすると、Ｖ４は、
Ｖ４＝Ｌ４１／［（Ｃ４−Ｃ３）＊Ｔ］
によって検出できる。

第１の計量器４に対して車両が停止またはそれに近い状態になることや、遅い場合や、速い場合がある。

車両が停止またはそれに近い状態では、車両の速度を検出するよりも車両が第１の計量台６上に滞在する時間を検出するようにし、滞在時間が上述したＮｍ＊Ｔを超える場合には、上述した静的重量測定モードによる重量測定値Ｗ１ｓを車輪重量測定値とする。静的重量測定モードでの重量測定値Ｗ１ｓは、車両がほぼ停止状態であって、基本的に第１及び第２のロードセル８ａ、８ｂの出力信号に含まれる各種ノイズ信号の振幅は小さい上に、ノイズ信号があっても、充分に長いサンプリング測定時間（Ｎｍ＊Ｔ）によってノイズ信号を平滑することができるので、第２の計量器１６、１８による重量測定値を使用する必要がない。

第１の計量器４に対して車両の速度が遅い場合、車両が走行状態であっても、低速であれば、第１の計量器４では、タイヤ９が道路面２に非接触の状態で或る程度の長さの重量測定時間がとれるので、良好な重量測定値Ｗ１ｄを得ることができる。また測定中に変速しても、１回のサンプリング重量測定値がタイヤ９の荷重を表すので、測定原理上誤差を生じない。

また、第１の計量器４に対して車両の速度が速い場合、第１の計量器４のロードセル８ａ、８ｂの出力信号には、車両のバネによる低周波ノイズ信号などによる誤差成分や衝撃荷重によるランダム成分があるが、上述したように車両の速度が速い場合には、測定時間（位置ｐ１からｐ２を通過する時間）が短くなって、サンプリング数が少なくなるので、ノイズ平滑処理能力が低くなる。従って、第１の計量器４の重量測定値のみを使用すると、誤差が大きくなるので、第１の計量器４の重量測定値に加えて、第２の計量器１６、１８の重量測定値Ｗ２ｄも使用して、重量測定値を得る。

車両の速度が速くなると、次第にランダムノイズや振動ノイズの振幅が大きくなり、車両の速度が遅い場合に第１の計量器４が持っている高精度という特徴が失われるので、第２の計量器１６、１８の重量測定値のみを使用することも可能である。但し、車両の速度が速い場合でも、第１の計量器４は、タイヤ９が道路面２に非接触の状態で測定を行っているので、第２の計量器１６、１８よりも精度が高い場合もあるので、第１及び第２の計量器４、１６、１８に基づいて重量測定を、この実施形態では行っている。

第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量測定値を使用する場合、各重量測定値の平均値を求めることによって、誤差を相殺することができる。また、低周波ノイズ信号については、計量器の台数が多いほど、周期ノイズ信号の種々の位相点における正負振幅を加算することができるので、ノイズ信号の減衰を大きくできる。ランダムノイズ信号についても、代数が多ければ多いほど、その標準偏差を小さくすることができる。

この第１の計量器４の重量測定値のみを使用するか、第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量測定値を使用するかを決定するために、上記のように求めた車両の速度Ｖ１が、予め定めた速度Ｖｈ２よりも速いか遅いかを判定する。なお、第２の計量器１６に対する車両の速度Ｖ３とＶｈ２とを比較することによって、いずれを使用するか決定することも可能である。

第２の計量器１６、１８での重量測定する際には、上述した測定原理から明らかなように車両の速度が変化すると、重量測定が正確に行えない。また、速度Ｖ３、Ｖ４として測定した速度と、実際に第２の計量器１６、１８をタイヤ９が通過する際の速度とが、異なっている場合も同様である。そこで、速度を変化しているかどうか確認するために、速度Ｖ１とＶ２との比率が予め定めた速度変化率の上限境界値Ｒｕと下限境界値Ｒｌとの間に存在するか判定し、第２の計量器１６に向かう車両の速度が変化しているか否か判断する。速度Ｖ３とＶ４とについても同様に判断して、第２の計量器１８に向かう車両の速度が変化しているか判断する。すなわち、前段の計量器に対する速度に比較して速度の変化率が基準範囲内にあるか判断する。上限境界値Ｒｕと下限境界値Ｒｌとしては、例えば１．０５と０．９５とを使用することができる。なお、速度の変化率が上限境界値Ｒｕと下限境界値Ｒｌとで規定される範囲外の場合には、その重量測定値は、無効とされる。

なお、第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量測定値を用いて、車輪重量等を測定すると、ランダムノイズを大きく低減することができる。すなわち、第１及び第２の計量器４、１６、１８の重量測定値をＷ１ｄ、Ｗ２ｄ、Ｗ３ｄとすると、これらはいずれも同一車輪に対する重量測定値であるので、重量測定値Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３にそれぞれ標準偏差σ１、σ２、σ３の互いに独立なランダムノイズが重畳していた場合、車輪の重量測定値Ｗを、
Ｗ＝（Ｗ１ｄ＋Ｗ２ｄ＋Ｗ３ｄ）／３
によって平均値を求めることによって得ると、Ｗとしての標準偏差σは、
σ＝（σ１^２＋σ２^２＋σ３^２）^１／２／３
となるので、仮にσ１、σ２、σ３が全てσ１に等しいとすると、
σ＝σ１／３^１／２
となり、ランダムノイズの減衰に効果をもたらす。従って、第２の計量器の台数が多いほど、ランダムノイズの減衰を大きくすることができる。

この車輪・車軸重量測定システムでの動作を表にして表すと下記のようになる。但し、Ｖ１＞Ｖｈ２の場合において、第２の計量器１６、１８のうち車両の速度Ｖ３、Ｖ４の変化率が上限境界値Ｒｕと下限境界値Ｒｌとで規定される範囲外の場合には、その重量測定値は、無効とされ、Ｗの算出には利用されない。

図５乃至図７に、演算回路１４が行う処理のフローチャートを示す。なお、以下の説明で使用する各種カウンタは当初リセットされている。まず、図５に示すように、ロードセル８ａ、８ｂの出力信号をデジタル化したｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）を基に位置ｐ１にタイヤ９が到達したか判断する（ステップＳ２）。位置ｐ１の求め方については上述したので説明を省略する。このステップＳ２の判断の答えがイエスになるまで、ステップＳ２を繰り返す。この判断の答えがイエスになると、タイマカウンタＴ１とサンプリング数カウンタＮとをそれぞれインクリメントする（ステップＳ４）。次に、ｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）を加算してＷｉを求め（ステップＳ６）、これを累積カウンタΣＷｉで累積する（ステップＳ８）。

次に、位置ｐ０をタイヤが通過したか上述したようにｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）を用いて判定する（ステップＳ１０）。この答えがイエスの場合、Ｖ３測定用のタイマカウンタＴ３をインクリメントする（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２に続いて、或いはステップＳ１０の判断の答えがノーの場合、ｗ１（ｋ）、ｗ２（ｋ）を基に位置ｐ２にタイヤ９が到達したか判断する（ステップＳ１４）。位置ｐ２の求め方は上述したので説明は省略する。この判断の答えがノーの場合、タイマカウンタＴ１のカウント値が予め定めたＮｍ以上であるか判断する（ステップＳ１６）。この判断の答えがノーの場合、ステップＳ４から再び実行する。

ステップＳ１６の答えがイエスの場合、位置ｐ２にタイヤ９が到達する前に、タイマカウンタＴ１の値がＮｍ以上となっているので、車両は停止しているかそれに近い状態であるので、静的重量測定モードとして累積カウンタΣＷｉの累積値をＮｍで除算して測定値Ｗ１ｓを得て、１つの車輪の重量が得られ、この処理を終了する（ステップＳ１８）。

ステップＳ１４の判断の答えがイエスになると、車両の速度Ｖ１を、そのときのタイマカウンタＴ１のカウント値Ｔ１と、サンプリング間隔Ｔと、上述したように予め設定してあるＬ１１とを用いて算出する（ステップＳ２０）。次に、ステップＳ１４の判断の答えがイエスであることにより、第１の計量器４は動的重量測定モードであるので、累積カウンタΣＷｉの累積値を、サンプリング数カウンタＮのカウント値で除算して動的重量Ｗ１ｄを算出する（ステップＳ２２）。

次に、ステップＳ２０で算出した速度Ｖ１が予め定めた速度Ｖｈ２以下であるか判断し（ステップＳ２４）、この判断の答えがノーの場合、車両の速度は遅いと判断できるので、ステップＳ２２で算出したＷ１ｄをそのまま使用して車輪重量が算出され、この処理を終了する。ステップＳ２４の判断の答えがイエスの場合、車両の速度は速いので、Ｗ１ｄのみでは車輪または車軸重量が算出できないので、Ｗ１ｄを記憶する（ステップＳ２６）。

図６に示すように、ステップＳ２６に続いて、タイヤ９が位置ｐ３に到達したか判断する（ステップＳ２８）。この到達したか否かの判断手法は上述したので、説明は省略する。この判断の答えがイエスになるまでステップＳ２８を繰り返し、答えがイエスになると、上述したように予め設定したＬ３１とそのときのタイマカウンタＴ３のカウント値Ｃ３と、サンプリング間隔Ｔとを用いて、第２の計量器１６に向かう車両の速度Ｖ２を測定する（ステップＳ３０）。

次に、第２の計量器１６での重量測定を終了させるためのカウンタＴ４をインクリメントし（ステップＳ３２）、ロードセル２４ａ、２４ｂの出力をデジタル化したｗ３（ｋ）を累積カウンタΣＷ３で累積する（ステップＳ３４）。そして、タイマカウンタＴ４のカウント値が予め定めた値Ｎｍ１以上であるか判断し（ステップＳ３６）。この判断の答えがノーの場合、ステップＳ３２から繰り返す。

ステップＳ３６の判断の答えがイエスになると、第２の計量器１６での動的重量Ｗ２ｄを、ステップＳ３０で算出したＶ３、サンプリング間隔Ｔ、予め設定したＬ３、累積カウンタΣＷ３の累積値を用いて算出する（ステップＳ３８）。ステップＳ３８に示す式によってＷ２ｄが算出できることについては上述したので、説明は省略する。

次に、タイヤ９が位置ｐ４に到達しか判断する（ステップＳ４０）。この判断手法は上述したので、説明は省略する。ステップＳ４０の判断の答えがイエスになるまでステップＳ４０を繰り返す。ステップＳ４０の判断の答えがイエスになると、上述したようにカウントを継続していたタイマＴ１のそのときのカウント値Ｃ４と、先のカウント値Ｃ３と、サンプリング間隔Ｔと、予め設定したＬ４１とを用いて、第２の計量器１８に向かう車両の速度Ｖ４を算出する（ステップＳ４２）。

次に、第２の計量器１８での重量測定を終了させるためのカウンタＴ５をインクリメントし（ステップＳ４４）、第２の計量器１８のロードセルの出力をデジタル化したｗ４（ｋ）を累積カウンタΣＷ４で累積する（ステップＳ４６）。そして、タイマカウンタＴ５のカウント値が予め定めた値Ｎｍ２以上であるか判断し（ステップＳ４８）。この判断の答えがノーの場合、ステップＳ４４から繰り返す。

ステップＳ４８の判断の答えがイエスになると、第２の計量器１８での動的重量Ｗ３ｄを、ステップＳ４２で算出したＶ４、サンプリング間隔Ｔ、予め設定したＬ２、累積カウンタΣＷ４の累積値を用いて算出する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０に示す式によってＷ３ｄが算出できることについては上述したので、説明は省略する。

次に、図７に示すように、先に測定した速度Ｖ３とＶ１との比が予め定めた上限境界値Ｒｕと下限境界値Ｒｌとで規定される範囲内にあるか判断する（ステップＳ５２）。この判断の答えがイエスであると、Ｗ２ｄは使用可能な精度を持っているので、Ｗ２ｄを記憶する（ステップＳ５４）。ステップＳ５２の判断の答えがノーの場合にはＷ２ｄを記憶しない。ステップＳ５４に続いてまたはステップＳ５２の判断の答えがノーの場合、先に測定した速度Ｖ４とＶ３との比が予め定めた上限境界値Ｒｕと下限境界値Ｒｌとで規定される範囲内にあるか判断する（ステップＳ５６）。この判断の答えがイエスであると、Ｗ３ｄは使用可能な精度を持っているので、Ｗ３ｄを記憶する（ステップＳ５８）。ステップＳ５６の判断の答えがノーの場合にはＷ３ｄを記憶しない。ステップＳ５８に続いてまたはステップＳ５６の判断の答えがノーの場合、Ｗ１ｄ、Ｗ２ｄ、Ｗ３ｄのうち記憶されているものの平均を算出し、車輪の重量を測定する（ステップＳ６０）。

このようにして測定された車輪の重量等は、図１に示す表示器４０に表示される。また、上述したＬ１等のデータは操作部４２をユーザが操作することによって演算回路１４に設定される。

上記の実施形態では、２台の第２の計量器１６、１８を使用したが、３台以上の第２の計量器を使用することもできる。第２の計量器の台数を増加させれば増加させるほど、ランダムノイズの影響を軽減することができる。また、第２の計量器の速度の変化率は、前段の計量器に対する速度との比によって算出したが、前段の計量器に対する速度との差の絶対値を算出し、差の絶対値が予め定めた基準値Ｖｄ以下であれば、対象としている計量器の測定重量値を車輪の重量を測定するのに使用し、基準値Ｖｄよりも大きければ、対象としている計量器の測定重量値を無効として、車輪の重量を測定するのに使用しないようにすることもできる。但し、基準値Ｖｄの値はそれぞれ速度によって異ならせる。例えば比率Ｒを１より小さく、例えば０．０５と設定しておき、対象とする計量器の速度が例えばＶ３であるとすると、Ｖ３＊Ｒによって基準値Ｖｄを決定し、Ｖ３とＶ１との差の絶対値がＶｄ以上であるか否かを判定する。これは、第２の計量器での測定原理上、速度の誤差率が測定値の誤差率となるからである。

本発明の１実施形態の車輪・車軸重量測定システムのブロック図である。図１の車輪・車軸重量測定システムの計量器上をタイヤが通過するに連れての各計量器の出力信号の変化を示す図である。図１の車輪・車軸重量測定システムの第２の計量器の構成を示す正面図、平面図及び側面図である。図１の車輪・車軸重量測定システムの第２の計量器での計量原理の説明図である。図１の車輪・車軸重量測定システムのフローチャートの一部を示す図である。図５のフローチャートに続くフローチャートを示す図である。図６のフローチャートに続くフローチャートを示す図である。

符号の説明

２道路面
４第１の計量器
１４演算回路（処理手段、第１及び第２の重量値測定手段）
１６１８第２の計量器

Claims

車両の進行方向に、前記車両のタイヤの接地面の長さよりも長い寸法の第１の計量台を有し、前記タイヤの接地面が道路面と非接触状態において前記車両の車輪または車軸重量を測定する第１の計量器と、
前記車両の進行方向に、前記タイヤの接地面の長さよりも短い寸法の第２の計量台を有し、前記タイヤの接地面が前記道路面と接触状態において前記車両の車輪または車軸重量を測定する少なくとも１台の第２の計量器とを、
具備し、前記第１及び第２の計量台が前記車両の進行方向に沿って配列され、
前記車両の速度が予め定めた第１の速度よりも速いとき、少なくとも第２の計量器の重量測定値によって前記車輪または車軸重量を算出し、前記車両の速度が第１の速度よりも遅いとき、第１の計量器の測定値によって車輪または車軸重量を測定するように、第１及び第２の計量器の測定値を処理する処理手段を、有する車輪・車軸重量測定システム。
請求項１記載の車輪・車軸重量測定システムにおいて、前記車両の速度が第１の速度よりも遅く、前記タイヤが第１の計量器上を予め定めた時間よりも短い時間で通過したとき、前記処理手段は、第１の計量器の測定値を動的重量測定モードで処理し、前記車両の速度が第１の速度よりも遅く、前記車両が第１の計量器上を通過する前に前記予め定めた時間が経過したとき、前記処理手段は、第１の計量器の測定値を静的重量測定モードで処理する車輪・車軸重量測定システム。
請求項１記載の車輪・車軸重量測定システムにおいて、前記処理手段は、前記車両の速度が予め定めた第１の速度よりも速いとき、第２の計量器の測定値に第１の計量器の測定値も加えて、前記車輪または車軸重量を算出する車輪・車軸重量測定システム。
請求項３記載の車輪・車軸重量測定システムにおいて、前記第２の計量器は、複数台が前記車両の進行方向に配置され、前記各第２の計量器に対する前記車両の速度の検出手段が設けられ、前記第２の計量器は、前記車両の速度を用いて測定値を出力し、前記車両の速度の検出手段によって検出された前記各第２の計量器に対する車両の速度の変化率が予め定めた許容範囲外である第２の計量器の第２の重量値測定手段の測定値を除外して、前記処理手段が前記車輪または車軸重量を算出する車輪・車軸重量測定システム。